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[국내논문] 자석바퀴기반 자기변형 에너지하베스터의 개념증명
Proof-of-Concept of Magnetic Wheel-Based Magnetostrictive Energy Harvester 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.32 no.5, 2015년, pp.483 - 490  

신봉희 (인천대학교 컴퓨터공학부) ,  박영우 (충남대학교 메카트로닉스공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a proof-of-concept of a wheel-based magnetostrictive energy harvester (EH), which is a vibration-based EH. Coil-wound Galfenol cantilevers with two permanent magnets (PMs) act EH, while rotating wheels provide a forced vibration to EH. Four different cantilevers are designed and ...

주제어

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문제 정의

  • Fig. 3(a)는 자기변형 에너지하베스터의 구조가 적합한지에 대한 검증을 위해 외팔보의 자유단에 자기변형 구동기를 부착하고, 주파수의 변화에 따른 가진을 통해 전기에너지의 발생 여부를 보고자 한다. Fig.
  • Fig.3(b)는 자기변형 구동기 대신 자석바퀴를 이용하여 자기변형 에너지하베스터의 출력 특성을 보는 실험 장치 구성도로 카트 바퀴의 적용 가능성을 보고자 한다. 마지막으로 Fig.
  • 본 논문에서 관심이 있는 에너지는 대형마트의 수많은 카트를 밀면서 버려지는 에너지로, 카트 바퀴의 회전운동을 자기변형 에너지하베스터의 가진에 이용하고자 한다. 생성된 전력은 저전력 시스템의 에너지원으로 쓰일 수 있어 새로운 시스템의 개발에 도움이 된다.
  • 따라서 갈페놀은 에너지하베스팅에 적합한 재료라고 할 수 있다. 본 논문에서는 다양한 형태의 갈페놀 외팔보를 설계하고, 이를 이용한 에너지하베스터를 제작한다.
  • 본 연구에서는 자기변형재료인 갈페놀을 사용하여 자기변형 에너지하베스터를 설계 및 제작하였고, 전력 특성 실험을 수행하여 자기변형재료를 이용한 에너지하베스터의 개념을 증명하였다.
  • 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 하나의 해법은 다른 메커니즘을 적용하는 것이다. 유사한 구성방정식을 사용하면서, 보다 큰 변형을 일으킬 수 있는 자기변형재료를 이용하는 것이다. 가장 널리 알려진 자기변형재료인 터페놀-디(Terfenol-D)는 위의 조건들을 만족하나 취성이 강하여 에너지하베스팅에는 적합하지 않다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
압전메카니즘의 장점은 무엇인가? 6 이 중 압전메카니즘이 현재까지 가장 각광받고 있다고 할 수 있다. 압전재료의 경우 동일한 기능을 하는 에너지 발전장치보다 단위 면적당 발생 전력이 우수하고, 자기장의 영향을 받지 않아 다른 전기장치들과 같은 공간에 있어도 간섭이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 하지만 얇은 판으로 이루어진 압전재료는 큰 전압을 얻기 위해서 여러 개를 적층해야 하고, 전압은 재료의 변형에 비례하여 커지기 때문에 보다 큰 변형을 얻기 위해 더 큰 굽힘 현상을 유발시켜야 하므로 굽힘이 커짐에 따라 압전재료의 파손 위험이 커지는 단점이 있다.
에너지하베스팅는 무엇인가? 에너지하베스팅(Energy Harvesting)이란 버려지는 에너지를 수확하여 사용 가능한 전기 에너지로 변환하고 충전해 활용하는 새로운 형태의 재생형 에너지로 정의할 수 있으며,1 무선센서네트워크, 휴대용 기기, 웨어러블 기기 등과 같이 비교적 적은 에너지로 구동이 가능한 다양한 분야에 적용할 수 있다. 버려지는 에너지를 사용하는 친환경적인 에너지원으로는 대표적으로 바람, 태양광, 열, 풍력 등이 있다.
에너지하베스팅은 어느 분야에 적용할 수 있는가? 에너지하베스팅(Energy Harvesting)이란 버려지는 에너지를 수확하여 사용 가능한 전기 에너지로 변환하고 충전해 활용하는 새로운 형태의 재생형 에너지로 정의할 수 있으며,1 무선센서네트워크, 휴대용 기기, 웨어러블 기기 등과 같이 비교적 적은 에너지로 구동이 가능한 다양한 분야에 적용할 수 있다. 버려지는 에너지를 사용하는 친환경적인 에너지원으로는 대표적으로 바람, 태양광, 열, 풍력 등이 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Round, S., "On the Effectiveness of Vibration-based Energy Harvesting," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 16, pp. 809-823, 2005. 

  2. Beeby, S. P., Tudor, M. J., and White, N. M., "Energy Harvesting Vibration Sources for Microsystems Applications," Measurement Science and Technology, Vol. 17, pp. 175-195, 2006. 

  3. Kim, H. U., Tadesse, Y., and Priya, S., "Piezoelectric Energy Harvesting," Springer Science Business Media, LLC, 2009. 

  4. Ko, Y. H. and Yu, J. S., "Structural and Antireflective Properties of ZnO Nanorods Synthesized using the Sputtered ZnO Seed Layer for Solar Cell Applications," Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 10, No. 12, pp. 8095-8101, 2010. 

  5. Park, J. H. and Park, S. H., "A Fundamental Study on Energy Harvesting System using Wing Type Beam Structure," KSPE Spring Conference, pp. 975-976, 2012. 

  6. Wu, X., Parmer, M., and Lee, D. W., "An Electromagnetic Energy Harvester based on Windmill- Structure," KSPE Fall Conference, pp. 673-674, 2013. 

  7. Yun, S. N., Kim, D. G., Boo, H. M., Seo, W. S., and Kong, T. W., "Character of Piezoelectric Energy Harvester by Vibration Frequency," KSPE Spring Conference, pp. 185-186, 2008. 

  8. Roundy, S. and Wright, P. K., "A Piezoelectric Vibration Based Generator for Wireless Electronics," Institute of Physics Publishing, pp. 1131-1142, 2004. 

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